Verarbeitungshinweis beitungshinweis ... - Simona AG

Vera Verarbeitungshinweis
Vera Vera beitungshinweis
Thermoformen, Vakuumformen, Tiefziehen,
Warmformen, Biegen

Inhalt
1 Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2
2 Werkstoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3
2.1 Amorphe Thermoplaste . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3
2.2 Teilkristalline Thermoplaste . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3
3 Werkstoffeigenschaften . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5
3.1 Spannungsrisse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5
3.2 Thermische Eigenschaften . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5
3.2.1 Spezifische Wärmekapazität . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5
3.2.2 Wärmeleitfähigkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6
3.2.3 Temperaturleitfähigkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6
3.2.4 Feuchtigkeitsaufnahme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7
3.2.5 Reibung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7
3.2.6 Schrumpfung und Schwindung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7
4 Thermoformen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .9
4.1 Positiv- und Negativformung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .11
4.2 Werkzeuge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .12
4.3 Vorwärmen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .12
4.4 Aufheizen des Halbzeugs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .13
4.4.1 Kontakterwärmung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .13
4.4.2 Konvektionserwärmung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .13
4.4.3 Strahlungserwärmung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .14
4.5 Orientierung – Einfluss der Extrusionsrichtung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .15
4.6 Berechnung der Wanddicke von Tiefziehteilen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .16
5 Warmformen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .18
6 Biegen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .20
7 Beratung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .21
8 Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .22

1 Einleitung
Für die Formgebung haben sich in der industriellen
Praxis unterschiedliche Verfahren durchgesetzt, die
ständig durch Praxiserfahrungen weiterentwickelt
werden. Die Verfahren kann man in das Thermoformen,
Warmformen und Biegen unterteilen. Das Tiefziehen,
Vakuumformen und Druckluftformen sind spezielle
Thermoformverfahren [1].
Thermoplaste eignen sich besonders als Grundwerkstoffe
oder Halbzeuge für die unterschiedlichen Formgebungsverfahren,
da sie durch Erwärmung in den
gummielastischen Zustand überführt und dann leicht
verformt werden können. Nach der Abkühlung in der
Form behalten die Werkstücke die in der Wärme aufgeprägte
Gestalt bei. Das Formteil weist in der Regel
eine größere Oberfläche auf als das Halbzeug, so dass
eine Reduzierung der Wanddicke einhergeht. Dies wird
bereits bei der Wahl der Wanddicke des Halbzeugs
berücksichtigt [2].
Um dem Formteil die endgültige Gestalt zu verleihen
ist eine Nachbearbeitung der Kontur oder evtl. das Einbringen
von Öffnungen durch mechanische Bearbeitungsmethoden
notwendig. Dies geschieht heute
hauptsächlich in CNC-gesteuerten Automaten, die über
CAD erstellte Geometrien programmiert werden.
Das Thermoformen steht bei speziellen Anwendungen
in Konkurrenz zum Spritzgießen oder Blasformen. Der
Vorteil der Thermoformung besteht in der Verwendung
preisgünstiger Werkzeuge und Maschinen sowie der
Nutzung von unterschiedlichsten Halbzeugen, wie
Schaum oder bedruckte Halbzeuge. Ein weiterer Vorteil
des Thermoformens besteht in der Möglichkeit auch
Mehrschichtwerkstoffe einzusetzen. Eine in der letzten
Zeit verstärkt in den Markt drängende Methode stellt
die Twin-Sheet-Technik dar, mit der sehr wirtschaftlich
Hohlkörper hergestellt werden können.
Letztlich entscheidet der Preis, die Stückzahl, die Form
und die Qualität die Formgebungsmethode.
Bei der Wahl des Verfahrens sind die Werkstoff- bzw.
Halbzeugeigenschaften zu berücksichtigen. Jeder Werkstoff
verhält sich hinsichtlich Erweichungstemperatur,
Rückstellverhalten, Rekristallisation und thermischer
Dehnung anders.
In dieser Produktinformation erhalten Sie einen Überblick
über die Eigenschaften der thermoplastischen
Halbzeuge und einige Hinweise zur Formgebung. Es
werden auch einige maschinentechnische Aspekte
erläutert.
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2 Werkstoffe
In dieser Produktinformation werden ungefüllte und
unverstärkte Thermoplaste behandelt. Auch Thermoplastblends
bleiben unerwähnt, da diese Werkstoffe
noch in Nischenanwendungen eingesetzt werden.
2.1 Amorphe Thermoplaste
Amorphe Werkstoffe, wie PVC-U oder PETG, zeichnen
sich durch eine hohe optische Transparenz aus, wenn
sie ohne Additive produziert werden.
Der praktische Einsatz erfolgt unterhalb der Glasübergangstemperatur
TG , da in diesem Bereich eine hohe
Grundfestigkeit vorliegt, so dass eine mechanische
Bearbeitung möglich ist und die Stabilität als Konstruktionswerkstoff
genügend hoch ist.
Oberhalb der Glasübergangstemperatur TG nehmen die
mechanischen Eigenschaften sehr stark ab und das
Material geht in den gummielastischen Bereich über.
Dies wird in Bild 1 deutlich. Nach Einsetzen der Erwei-
Bild 1:
Schematische Darstellung der mechanischen Eigenschaften
von amorphen Thermoplasten als Funktion der Temperatur.
(T G = Glasübergangstemperatur, T F = Schmelztemperatur,
T Z = Zersetzungstemperatur)
chung nehmen die Bruchfestigkeit σB und der E-Modul
stark ab und die Bruchdehnung εB stark zu. Der gummielastische
Bereich zeichnet sich durch eine leichte
Verformbarkeit des Werkstoffs aus.
Bei weiterer Erwärmung folgt der plastische Bereich,
die Schmelztemperatur TF , in der das Material urgeformt,
d.h. extrudiert, spritzgegossen oder gepresst,
wird.
Eine weitere Temperaturerhöhung führt zur Zersetzung
des Thermoplasten.
2.2 Teilkristalline Thermoplaste
Teilkristalline Werkstoffe, PE, PP, PVDF, E-CTFE und PFA
sind in der Regel opak bis transluzent. Sie sind unterhalb
des Glasübergangstemperatur TG äußerst spröde
und schlagempfindlich (Bild 2). Unterhalb von TG werden
teilkristalline Kunststoffe nur unter besonderen Bedingungen
eingesetzt.
Zwischen T G und dem Kristallitschmelzbereich T K
fallen Bruchspannung σB und E-Modul leicht ab, während
die Dehnung εB zunimmt. In diesem Temperaturbereich
werden die teilkristallinen Werkstoffe in der
Praxis eingesetzt oder bearbeitet.
Oberhalb der Kristallitschmelztemperatur TK nehmen
die mechanischen Eigenschaften wie Bruchspannung
σB und E-Modul stark ab und die Dehnung εB zu. In
diesem Temperaturbereich werden diese Werkstoffe
durch die Phasenumwandlung kristallin-amorph transparent
und erreichen den gummielastischen Zustand,
in dem sie leicht umgeformt werden können.
Erfolgt die Umformung unterhalb von TK so verbleiben
im Formteil kristalline Bereiche, die zwar umgeformt
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werden, doch zu Restspannungen innerhalb der Formteilwand
führen. Bei nochmaliger Erwärmung führt dies
zu einer Verformung des Formteils [2].
Durch weitere Temperaturerhöhung wird der Werkstoff
plastifiziert, er schmilzt, und kann somit urgeformt
werden.
Weit oberhalb der Schmelztemperatur erfolgt die Zersetzung
des Werkstoffs.
Bild 2:
Schematische Darstellung der mechanischen Eigenschaften
von teilkristallinen Thermoplasten als Funktion der
Temperatur. (T G = Glasübergangstemperatur,
T K = Kristallitschmelztemperatur, T Z = Zersetzungstemperatur)
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3 Werkstoffeigenschaften
Für den Einsatz und die Verformung sind unterschiedliche
Eigenschaften der Thermoplaste zu berücksichtigen.
Die thermodynamischen Eigenschaften bestimmen
die Verfahrensparameter und Werkzeugauslegungen,
sowie die Eigenschaften des Formteils.
3.1 Spannungsrisse
Spannungsrisse in einem Thermoplasten entstehen
bei Kontakt mit speziellen Chemikalien wie Lösungsmitteln,
Ölen und oxidierenden Medien bei gleichzeitiger
mechanischer Belastung. Die mechanische
Belastung kann durch innere Spannungen auftreten,
wenn ein Werkstoff beispielsweise zu kalt verformt
wurde. Im praktischen Einsatz kann es sich aber auch
um Spannungen durch äußere Belastungen handeln
(Druck-, Zug-, Scherbelastung). Auch Schweißnähte
enthalten in der Regel erhöhte innere Spannungen.
Der Spannungsrisskorrosion kann man nur begegnen,
indem die Spannung reduziert (Tempern des Bauteils)
oder indem das Medium gewechselt wird.
3.2 Thermische Eigenschaften
Die thermischen Eigenschaften des Thermoplasten
bestimmen maßgeblich die Verarbeitbarkeit und die
erreichbaren Zykluszeiten während der Verarbeitung.
Die thermischen Kenngrößen sind zur Berechnung der
Aufheiz- und Abkühlvorgänge von großer Wichtigkeit.
3.2.1 Spezifische Wärmekapazität
Die spezifische Wärmekapazität cP ist eine thermodynamische
Kenngröße, die die Wärmemenge darstellt,
die zur Erwärmung eines Werkstoffs um 1 K benötigt
wird. Die Wärmekapazität CP kann aus der Änderung
der Enthalpie H (Wärmeinhalt) mit der Temperatur T
bestimmt und aus Enthalpietabellen oder -graphiken
(Bild 3) bestimmt werden:
∆H
C P = ∆T
Eine experimentelle Methode zur Ermittlung der temperaturabhängigen
Wärmekapazität ist die Differential
Scanning Calorimetrie (DSC). Dazu wird eine geringe
Menge (5–30 mg) in einem Tiegel kontrolliert erwärmt
und der dazu notwendige Wärmestrom in Relation zu
einer Referenzprobe gemessen.
Die Wärmekapazität amorpher Thermoplaste liegt
zwischen 1 und 1,5 kJ/(kg·K) und die teilkristalliner
Thermoplaste liegt zwischen 1,5 und 2,7 kJ/(kg·K).
Bild 3:
Graphische Darstellung der Enthalpie einiger Thermoplaste.
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3.2.2 Wärmeleitfähigkeit
Unter der Wärmeleitfähigkeit λ ist der Energietransport
im Werkstoff zu verstehen. Als Messgröße dient dazu
die Wärmemenge die durch den Querschnitt von 1 m2 bei dem Temperaturgefälle von 1 K in der Zeit von
1 Stunde geleitet wird.
Die Wärmeleitfähigkeit charakterisiert somit die
Energiemenge, die pro Zeiteinheit durch einen Werkstoff
transportiert werden kann.
Die Wärmeleitfähigkeit amorpher Thermoplaste liegt
im Bereich von 0,1 und 0,3 W/(m·K) und die der teilkristallinen
Thermoplaste liegt im Bereich 0,2 und
0,6 W/(m·K). Sie ist zum Teil stark von der Temperatur
abhängig und muss experimentell ermittelt werden.
(Weitere Werte in [2]).
Bild 4:
Wärmeleitfähigkeit einiger Thermoplaste als Funktion der
Temperatur.
3.2.3 Temperaturleitfähigkeit
Als dritte wichtige Kenngröße zur Beurteilung der Verformbarkeit
von Thermoplasten ist die Temperaturleitfähigkeit
a zu nennen, die ein Maß für den zeitlichen
Ablauf der Wärmeleitung darstellt. Sie ist abhängig von
der Wärmeleitung λ der Dichte ρ und der spezifischen
Wärmekapazität cP :
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a =
λ
ρ · c P
Für die meisten ungefüllten Kunststoffe liegt die Temperaturleitfähigkeit
zwischen 0,05 und 0,25 mm2/s. Die
Temperaturleitfähigkeit bestimmt die Durchwärmung
einer thermoplastischen Platte durch das Aufprägen
einer äußeren Temperatur durch Strahlung oder direkten
Kontakt.
Bei direktem Kontakt ist die Wärmeeindringzahl b
noch von Bedeutung:
b =
λ · cP · ρ
Mit der Kenntnis von b kann die Kontakttemperatur Tc bei
Berührung zweier Körper A und B berechnet werden:
T c =
b A · T A + b B · T B
b A + b B
Die Kontakttemperatur Tc bestimmt den Temperaturfluss
zwischen Werkzeug und Halbzeug während des
Verformungsprozesses. Mit Hilfe der Tabelle 1 können
die notwendigen Koeffizienten in Abhängigkeit von der
Temperatur berechnet werden.
Tabelle 1: Koeffizienten zur Berechnung der Wärmeeindringzahl
Werkstoff Koeffizienten zur Berechnung
der Wärmeleitzahl b [3]:
b = a b T + b b [ W · s 1/ 2m 2 · K]
a b
PE-HD 1,41 441,7
PP-H 0,846 366,8
PVC-U 0,649 257,8
b b

3.2.4 Feuchtigkeitsaufnahme
Kunststoffe können in Abhängigkeit des Rohstoffs, der
Modifizierungen, Verarbeitungshilfsmittel und Verstärkungsstoffe
geringe Mengen Feuchtigkeit aus der Umgebungsluft
oder durch feuchte Lagerung aufnehmen.
In der Regel sind die Mengen jedoch so gering, dass
dies keine Auswirkungen auf die Verformungseigenschaften
der Halbzeuge hat.
Im Fall von PVC-U, PETG, elektrisch leitfähigen oder
farbigen Thermoplasten können die Feuchtigkeitsmengen
doch so hoch werden, dass sich während des
Aufheizens des Halbzeugs Bläschen an der Oberfläche
bilden. Die Ursache liegt im Fall der Verstärkungs- und
Farbstoffe in den hygroskopischen Eigenschaften
dieser Zuschlagstoffe.
Um die negativen Erscheinungen auszuschließen,
sollten diese Kunststoffe in einem Umluftofen (mit Ablufteinrichtung)
vorgetrocknet werden. Die Trockenbedingungen
können Tabelle 2 entnommen werden.
Während der Trocknung im Umluftofen ist darauf zu
achten, dass die Platten senkrecht gestellt oder in
Etagen angeordnet werden, um die Zirkulation der Luft
allseitig zu gewährleisten.
Lagern die Halbzeuge vor Feuchtigkeit geschützt, ist
ein Vortrocknen in der Regel nicht erforderlich.
Tabelle 2: Bedingungen zur Trocknung von Thermoplasten,
wenn diese Feuchtigkeit
absorbiert haben.
Werkstoff Temperatur Zeitdauer in Stunden
in °C pro mm Wanddicke
PVC-U 55 1,5 – 2
PE-EL 125 1,5 – 2
PP-EL 155 1,5 – 2
PVDF-EL 165 1,5 – 2
PETG 65 1,5 – 2
3.2.5 Reibung
Die Reibung eines Werkstoffs ist abhängig von der
Oberflächenmorphologie und den Stoffeigenschaften.
Kunststoffe besitzen aufgrund der geringen Oberflächenspannung
in der Regel niedrige Reibungskoeffizienten
bei Raumtemperatur. Diese Eigenschaften
ändern sich jedoch mit der Temperatur oder entsprechenden
Oberflächenmodifizierungen, sowie beim
Einsatz von Mehrschichtwerkstoffen.
Die Reibung kann auf den Umformprozess sowohl
positiv wie auch negativ wirken. Bei einer hohen
Reibung zwischen Werkzeug und Halbzeug wird die
Verstreckung in dem Kontaktbereich eingeschränkt.
Die Reibung kann durch folgende Parameter beeinflusst
werden:
Oberflächenrauhigkeit des Werkzeugs
Temperatur
Kunststofftyp
3.2.6 Schrumpfung und Schwindung
Auch bei Kunststoffen erhöht sich das spezifische
Volumen (Volumen pro kg) mit der Temperatur aufgrund
der thermischen Dehnung in allen drei Dimensionen.
Das Volumen der amorphen Thermoplaste vergrößert
sich in der Regel quasi-linear mit der
Temperatur. Kristalline Thermoplaste verhalten sich
dagegen anisotrop, d.h. ihre Eigenschaften sind von
der Richtung abhängig. Oberhalb der Kristallitschmelztemperatur
TK wird eine lineare Volumenzunahme gemessen.
Zwischen Glasübergangstemperatur TG und
TK ist die Volumenzunahme nichtlinear (siehe Bild 5).
In der Umformtechnik unterscheidet man zwischen
Schrumpf und Schwindung. Als Schrumpf bezeichnet
man die Dimensionsänderung eines Halbzeugs nach
Warmlagerung bei einer definierten Temperatur:
Schrumpfung in % =
Abmessung vor Test – Abmessung nach Test
Abmessung vor Test
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spezifisches Volumen [cm 3 /g]
Bild 5:
Spezifisches Volumen von amorphem
und teilkristallinem PP [1].
Um den Schrumpf während des Umformens zu bestimmen,
sollte ein Halbzeug definierter Abmessungen im
Umluftofen auf einer Teflonfolie, die zusätzlich mit
Talkum bestreut wurde, auf die Umformtemperatur
erwärmt werden. Zur Bestimmung der Anisometrien
können die Schrumpfwerte in sämtlichen Richtungen
und besonders in und quer zur Extrusionsrichtung
gemessen werden.
Probleme hinsichtlich Faltenbildung, Ausreißen aus
dem Spannrahmen oder starke Formänderung während
der Erwärmung mit Kontaktheizungen können mit dem
Schrumpf bei einer zu hoch gewählten Temperatur
zusammenhängen.
Exakte Schwindungswerte können nur experimentell
mittels Thermoformwerkzeugen ermittelt werden, die
eine ähnliche Kontur besitzen wie die zu fertigenden
Formteile. Richtwerte unterschiedlicher Thermoplaste
können Tabelle 3 entnommen werden. Es ist aber zu
berücksichtigen, dass der Schrumpf und die Schwindung
auch chargenabhängig sein können.
Insbesondere bei der Nachbearbeitung der Formteile
ist die Schwindung zu beachten, da das Formteil oftmals
noch nicht völlig abgekühlt ist. Die Schwindung
wird in der Regel von folgenden Faktoren beeinflusst:
Der Kunststofftyp (mit evtl. Chargenschwankungen)
Abkühlgeschwindigkeit: hohe Kühlgeschwindigkeit
bedingt geringeren Verarbeitungsschwund
hohe Entformungstemperatur resultiert in einer
höheren Schwindung
hohe Verstreckung ergibt kleinere Schwindung
Positivformen bedingen geringere Schwindung im
Vergleich zu Negativformen
die Extrusionsrichtung bedingt unterschiedliche
Schwindung
Die Schwindung bezeichnet die Differenz zwischen Werkzeugmaß und Maß des abgekühlten Formteils. Weiterhin
unterscheidet man die Verarbeitungsschwindung, Nachschwindung und Gesamtschwindung:
Verarbeitungsschwindung in % =
Maß des Werkzeugs – Maß des Formteils
Maß des Werkzeugs
Die Maße des Werkzeugs und die Maße des Formteils sollten nach 24 stündiger Abkühlung auf 23°C gemessen werden.
Maß des Formteils nach Lagerung (Tage – Wochen)
Nachschwindung in % = 1 – Maß des Formteils nach Abkühlung (24 h)
Gesamtschwindung = Verarbeitungsschwindung + Nachschwindung
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4 Thermoformen
Beim Thermoformen wird grundsätzlich zwischen dem
Positv- und dem Negativformen bei den einstufigen
Verfahren unterschieden.
Das Thermoformen kann dabei in das Vorstrecken und
das Ausformen unterschieden werden, wobei eine
gleichmäßige Wanddickenverteilung das Ziel ist. Das
Vorstrecken kann durch mechanisches Vorstrecken
durch die Form oder einen Hilfstempel sowie durch
Vorblasen oder Vorsaugen geschehen. Durch das Vorstrecken
wird ein verstreckter Vorformling erzeugt, der
beim Ausformen eine optimale Wanddickenverteilung
besitzt.
Die Ausformung erfolgt mittels Unterdruck (Vakuumformung)
oder Druckluft (Druckumformung). Die Unterstützung
des Unterdrucks bei der Vakuumformung
bewirkt, dass das Halbzeug mit Atmosphärendruck an
die Form gepresst wird. Der maximale Anpressdruck
beträgt jedoch 1 at = 0,1 N/mm2. Dabei wird die Tafel
bzw. Folie in einen Spannrahmen, der sich über der
Tiefziehform (= Werkzeug) befindet, fest eingespannt.
Nach einer möglichst gleichmäßigen Erwärmung und
Verstreckung wird die Luft zwischen Form und Material
abgesaugt, die Tafel wird durch den äußeren Luftdruck
an die Tiefziehform angedrückt. Nach der Abkühlung
kann der Formling entnommen werden.
Der Vorteil des Vakuumformverfahrens besteht darin,
dass dünnwandige und großflächige Formteile mit einfachen
Werkzeugen herzustellen sind. Dabei sind die
Werkzeugkosten ebenso wie die Investitions- und Unterhaltungskosten
bedeutend geringer als beim Spritzgussverfahren.
Mit diesem Verfahren ist sowohl die
Fertigung in großen Serien möglich als auch die Rentabilität
von kleinen Serien gewährleistet. Kleine Teile
können durch Einsatz von Mehrfachformen sehr rationell
gefertigt werden.
Soll die Kontur des Werkzeugs genauer abgebildet
werden, so wird die Druckumformung eingesetzt, bei
der das erwärmte Halbzeug mit hohem Druck (7 bar =
0,7 N/mm2 bis 10 bar = 1 N/mm2) gegen die Form
gedrückt wird.
Sämtliche SIMONA®-Thermoplaste sind in gewissem
Umfang mit den heute gängigen Thermoformmethoden
umfombar. Als Ausnahme gelten lediglich die hochmolekulare
PE-Type PE-HMG 1000 und die coextrudierte
PVC-Schaumplatte SIMONA® PVC-COPLAST-AS.
Geeignet sind alle Maschinentypen. Für Platten ab
3 mm Dicke empfiehlt es sich jedoch, das Material
beidseitig zu beheizen; die Anwärmzeit wird dadurch
verkürzt und eine thermische Schädigung der Oberfläche
vermieden. Weiterhin ist es empfehlenswert,
durch Stützluft einem Durchhängen des Materials vorzubeugen.
Für die Fertigung größerer Serien haben sich Automaten
mit einer automatischen Halbzeugzuführung bewährt.
Je nach Verwendungszweck können Maschinen mit
und ohne Oberstempel sowie mit und ohne Automatik
für Zuschnittgrößen bis ca. 2 x 6 m eingesetzt werden.
Pro 1 mm Wanddicke werden für die teilkristallinen
Thermoplaste PE, PP und PVDF ca. 45 sec. Heizzeit benötigt.
Im Vergleich dazu liegt PVC bei ca. 25 sec.
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Tabelle 3: Richtwerte zum Tiefziehen von SIMONA-Werkstoffen.
Es handelt sich hier um experimentell ermittelte Werte mit einer Tiefzieheinrichtung der Firma Illig Typ U100 mit
Keramikstrahlern. Die Temperaturen der Oberheizung betrugen 550/500/450°C. Die Temperatur der Unterheizung
betrug 400°C.
Werkstoff Name Maximales Schwindung in Verarbeitungs- Werkzeug-
Verstreckungs- Extrusionsrichtung 2 temperatur 3 verhältnis
temperatur
1,6
in % in °c in °c
Formung
Positiv Negativ
PE-HD/PE 80 PE-HWU/PE-HWST 1 : 4 2–3 > 3 160–180 50–70
PE-HWV 4 1 : 5
PE-EL 1 : 3,5
PP PP-DWU/PP-DWST/PPs 1 : 3 1,5–2,5 > 2,5 170–200 50–80
PP-DW-EM 1 : 2,5
PVC-U PVC-CAW/PVC-LZ 1 : 4 0,5–1 > 1 160–180 < 50
PVC-D/PVC-DS
PVC-HSV/PVC-MZ 4 1 : 5
PVC-EL 1 : 2
SIMOCEL-AS 1 : 1,5
PVC-GLAS/ 1 : 4
PVC-GLAS-SX
PETG SIMOLUX 1 : 4 0,5–1 > 1 160–180 50–60
PVDF PVDF 1 : 3 2–3 > 3 190–200 60
E-CTFE 5 E-CTFE 1 : 3 2–3 > 3 250–260 80–90
PVC-C PVC-C 1 : 2,5 0,5–1 > 1 170–190 50–70
1 Verhältnis von Fläche der Platte zu Fläche des Formteils
2 In Querrichtung ca. die Hälfte des Wertes
3 Oberflächentemperatur, nicht Strahlertemperatur
4 Für extreme Verstreckungsverhältnisse, speziell für Negativformung
5 E-CTFE besitzt zwischen 170 und 240°C eine sehr geringe Bruchdehnung und ist in diesem Temperaturbereich nicht zu verarbeiten.
6 Abhängig von dem Bedienungspersonal und der Anlage
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4.1 Positiv- und Negativformung
Die Entscheidung einer Positiv- oder Negativformung
hängt vom zu erzielenden Ergebnis des Formteils ab.
Die Formgenauigkeit ergibt sich bei der Positivformung
beispielsweise an der Innenseite, da das Halbzeug mit
seiner Innenseite an dem Werkzeug anliegt. Weiterhin
wird die Werkzeugoberfläche an der anliegenden Seite
recht gut abgebildet.
Die Wanddickenverteilung unterscheidet sich ebenfalls
deutlich. Dort wo sich beim Positivformen eine Dünnstelle
ergibt, wird beim Negativformen eine Dickstelle
erzeugt.
Positivwerkzeug
und Halbzeug
Positivwerkzeug
und Halbzeug
Bild 6: Schematische Darstellung des Positivformens.
Werkzeugstrukturierungen und Fertigungsdaten lassen
sich sehr gut am Teil abbilden, am besten bei PP. Bei
engen vorgegebenen Toleranzen muss man positiv
formen, da beim Abkühlen das Teil auf das Werkzeug
aufschrumpft. Dadurch bleibt der Schwund in seiner
Höhe begrenzt.
Negativwerkzeug
und Halbzeug
Halbzeug mechanisch
vorgestreckt
Halbzeug pneumatisch
vorgestreckt
Unterdruck
angelegt
Unterdruck
angelegt
Unterdruck
angelegt
Bild 7a: Schematische Darstellung des Negativformens
ohne mechanische oder pneumatische Vorstreckung.
Negativwerkzeug
und Halbzeug
Negativwerkzeug
und Halbzeug
Halbzeug mechanisch
vorgestreckt
Halbzeug pneumatisch
vorgestreckt
Unterdruck
angelegt
Unterdruck
angelegt
Bild 7b: Schematische Darstellung des Negativformens mit
mechanischer oder pneumatischer Vorstreckung.
Wenn das Material völlig durchplastifiziert ist, sollte
es in der Werkzeugform entsprechend hoch (sonst
evtl. Faltenbildung) vorblasen bzw. bei Negativformen
vorstrecken. Das Vorstrecken sollte etwa in der Höhe
von 2 / 3 der Höhe des Werkzeugs erfolgen.
Anschließend wird das Werkzeug in die vorgestreckte
Platte gefahren und der Unterdruck angelegt. An
Stellen, an denen der Kunststoff am Werkzeug anliegt,
ist jede weitere Verformung aufgrund der schnellen
Abkühlung begrenzt.
Zum anschließenden Kühlen wird vorzugsweise Luft
eingesetzt. Die Verwendung von Sprühwasser sollte
erst dann erfolgen, wenn die Oberfläche genügend abgekühlt
ist, damit keine Spannungen eingefroren
werden. Durch diese Verarbeitungsweise ergeben sich
gleichmäßigere Wanddicken und innere Spannungen
werden reduziert.
Für die wirtschaftliche Fertigung von qualitativ einwandfreien
Polyethylen-, PVDF- und Polypropylen-Tiefziehteilen
ist ein vollständiges Auskühlen – nach Entformen der
noch warmen Teile – in separaten Rahmen zur Vermeidung
von Verzug unbedingt anzuraten.
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Empfehlenswert ist die Auskühlung in Rahmen, die der
Geometrie des Werkzeugs entsprechen. Hier können
oftmals alte Werkzeuge oder Formen aus Holz verwendet
werden.
Hohe Verformungstemperaturen, langsame Abkühlgeschwindigkeiten
und möglichst niedrige Entformungstemperaturen
sowie ein dem Tiefziehen direkt folgender
Randbeschnitt helfen, den Verzug zu verringern.
4.2 Werkzeuge
Als Werkstoffe für den Werkzeugbau werden hauptsächlich
Holz, Aluminium, Gießharzformstoffe sowie
Schichtpressstoffe verwendet. Die Wahl eines Werkstoffs
für den Formenbau wird bestimmt durch die
geforderte Qualität der zu fertigenden Tiefziehteile
(z.B. Oberflächenqualität)
Stückzahl der Formungen
günstige Verarbeitbarkeit
Wärmeleitfähigkeit
Verschleißfestigkeit
Kosten.
Bei der Herstellung der Werkzeuge müssen die
Schwundmaße der Thermoplaste und die Extrusionsrichtung
der Platten berücksichtigt werden.
Gleichmäßige Serien und kurze wirtschaftliche Taktzeiten
erreicht man mit temperierten Werkzeugen.
Sandgestrahlte Oberflächen haben den Vorteil, dass
die Luft beim Vakuumtiefziehen restlos abgesaugt
werden kann und keine Luftnester entstehen können.
Die Vakuumbohrungen sollten nicht größer als 1 mm
sein, für Polyolefine am besten unter 0,8 mm, da sie
sonst von dem Material im plastischen Zustand zu
stark abgebildet werden können. Es empfiehlt sich,
die Formen mit einem Trennmittel (Talkum, Teflonspray,
Wachs, Seife) zu überziehen. Beim Positivverfahren wird
man wegen der möglichen Vorstreckung der erwärmten
Platte in der Regel etwas gleichmäßigere Wanddicken
erzielen können.
Die Kantenradien können bei Polypropylen und PET-G
relativ scharf sein. Die minimalen Radien bei der angegebenen
Verformungstemperatur entsprechen etwa
der Plattendicke. Bei PE-HD, PVC und PVDF empfehlen
wir größere Kantenradien (etwa 2–3 mal Plattendicke).
Die Anwendung von Positivformen erfordert bei teilkristallinen
Werkstoffen (PE, PP, PVDF, E-CTFE) eine
Konizität von 5 bis 10°, bei amorphen Thermoplasten
(PVC, PET-G) von ca. 5°. Bei Negativformen ist dies
nicht notwendig, da sich beim Abkühlen das Tiefziehteil
von der Form trennt.
4.3 Vorwärmen
Um die Maschinenbelegung abzukürzen, empfehlen wir,
die Platten in einem Umluftofen bis knapp unter den
Erweichungsbereich (PE-HD 110°C, PP 125°C, PVC
50–55°C, PVC-C 70–80° C, PET-G 60–70°C, PVDF
140°C, E-CTFE 140°C) vorzuwärmen. Beim Aufheizen
sollte man mit reduzierter Heizleistung arbeiten. Dabei
wird die Plattenoberfläche weitestgehend geschont.
Diese Arbeitsweise zahlt sich in längerer Lebensdauer
der Teile aus.
Ein bis in den Rand gehendes Plastifizieren ist unbedingt
erforderlich, um starken Verzug der Tiefziehteile
zu vermeiden. Wir empfehlen dringend, die Tiefziehmaschine
nach allen Seiten gegen Zugluft abzuschirmen.
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4.4 Aufheizen des Halbzeugs
Die Erwärmung des Halbzeugs ist einer der wichtigsten
Verfahrensschritte beim Thermoformen. Das Halbzeug
soll zum Thermoformen kostengünstig, d.h. mit
wenig Energie in kurzer Zeit auf die erforderliche
Umformtemperatur aufgeheizt werden. Generell sollte
darauf geachtet werden, dass eine gleichmäßige Erwärmung
der Halbzeugoberfläche erfolgt. Nur in speziellen
Fällen kann es sein, dass eine Temperaturungleichheit
Vorteile beim Thermoformen hat.
Beim Erwärmen ist das Verarbeitungsfenster bestehend
aus unterer und oberer Verformungstemperatur zu berücksichtigen.
Sie sind werkstoffabhängig und können
Tabelle 3 entnommen werden. Die Erwärmung muss so
gesteuert werden, dass sich die Temperatur des Halbzeugs
innerhalb dieses Verarbeitungsfenstes befindet.
Ein Temperaturgradient innerhalb der Wanddicke ist in
der Praxis nicht zu vermeiden. Es muss jedoch sorgfältig
darauf geachtet werden, dass das Halbzeuginnere
die untere Temperaturgrenze überschritten hat, um
Spannungen im Formteil zu vermeiden.
Bei einer sehr hohen Strahlertemperatur wird beispielsweise
die Oberfläche des Halbzeugs zu schnell
und hoch erwärmt, so dass bereits eine Zersetzung
oder sonstige Eigenschaftsveränderungen der Oberfläche
eintritt. Das Halbzeuginnere kann aufgrund der
geringen Wärmeleitung der Oberflächentemperatur
nicht folgen und besitzt für die Verformung eine zu
geringe Temperatur. Folge ist das Einfrieren von
Spannungen und durch die Überbeanspruchung der
Oberfläche eine Beeinträchtigung der Langzeitstabilität
des Formteils.
Zu welchem Zeitpunkt die optimale Temperaturverteilung
im Halbzeug vorliegt, hängt in erster Linie von den
thermodynamischen Eigenschaften des verwendeten
Halbzeugs und der Erwärmungsmethode ab.
Eine exakte Berechnung der Heizparameter ist in jedem
Fall sehr kompliziert und aufwändig, da sämtliche thermodynamischen
Eigenschaften von Halbzeug, Werkzeug
und Heizeinrichtung ermittelt werden müssen.
Praktikabler ist es, die Parameter mit dem jeweiligen
Halbzeug und Werkzeug experimentell zu ermitteln.
Hilfreich ist es, mit einem kontaktlosen Temperaturmessgerät
(IR-Thermometer) oder Temperaturmessstreifen
die Oberflächentemperaturverteilung zu
ermitteln. Mit diesen Hilfsmitteln kann auch die
Temperaturverteilung der Heizstrahler bestimmt
werden.
4.4.1 Kontakterwärmung
Bei der Kontakterwärmung wird die Halbzeugplatte auf
eine beheizte Platte mit Trennfolie (Teflonfolie) und
Gegenlage zur Verbesserung des Kontakts oder
zwischen zwei beheizte Platten mit jeweiliger Trennfolie
gelegt und so lange in dieser Position belassen,
bis das Halbzeug die Kontakttemperatur der Heizplatten
erreicht hat. Die Erwärmung erfolgt durch reine
Wärmeleitung in der Platte. In der Praxis sollte auf
eine gleichmäßige Temperaturverteilung der Heizplatten
geachtet werden, um Temperaturspitzen zu
vermeiden, die das Halbzeug übermäßig beanspruchen.
4.4.2 Konvektionserwärmung
Unter der Konvektionserwärmung versteht man die
Erwärmung der Halbzeuge im Umluftofen, der auf die
Umformtemperatur aufgeheizt ist. Diese Methode wird
z.B. bei dicken PETG-Platten angewandt, die anschließend
streckgeformt werden.
01/2005 PI Vakuumformen 13

4.4.3 Strahlungserwärmung
Die Strahlungserwärmung ist eine Wechselwirkung
zwischen einer elektromagnetischen Strahlungsquelle
und einer Oberfläche, die diese Strahlung in Form von
Wärme absorbiert. Die Strahlung wird durch ihre Wellenlänge
charakterisiert. Kunststoffe absorbieren Strahlung
vorwiegend im Infraroten (IR-Bereich), im Wellenlängenbereich
von 0,8 bis 10 µm.
Die Absorption von Strahlung hängt von der Dicke, der
Farbe des Kunststoffs und der Wellenlänge der Strahlungsquelle
ab. Wird bereits in der Oberfläche nahezu
die gesamte Strahlungsenergie absorbiert, so findet in
dem Wellenlängenbereich keine direkte Erwärmung
des Platteninnern statt. Liegt die Wellenlänge zwischen
1 und 1,4 µm so beträgt die Eindringtiefe der Strahlung
mehrere mm. Wellenlängen oberhalb 2,5 µm erwärmen
in erster Linie die Oberfläche, so dass die
Erwärmung einer dickeren Platte aufgrund der schlechten
Wärmeleitung unter Umständen sehr lange dauern
kann.
In der Praxis existiert kein Strahler der monomodal,
d.h. nur mit einer Wellenlänge, strahlt. Die handelsüblichen
Strahlerquellen emittieren im gesamten IR-
Bereich und besitzen je nach Typ ihr Strahlungsmaximum
bei unterschiedlichen Wellenlängen (Bild 8).
Es ist gut zu erkennen, dass der Keramikstrahler ein
sehr breites Wellenlängenspektrum besitzt und somit
auch den Bereich abdeckt, in dem die meisten Kunststoffe
ein hohes Absorptionsvermögen besitzen.
Hellstrahler besitzen dagegen ein sehr ausgeprägtes
Strahlungsmaximum, so dass die Hauptenergie
zwischen 0,5 und 2 µm emittiert wird. Das ist gerade
der Bereich, in dem die Eindringtiefe sehr hoch ist,
und somit die Absorption ein Minimum besitzt. Damit
wird erreicht, dass die Aufheizung nicht allein durch
Bild 8:
Strahlungscharakteristik unterschiedlicher handelsüblicher
IR-Strahler.
Wärmeleitung von der Oberfläche ins Innere geschieht
sondern durch die eindringende Strahlung die Platte
im Innern direkt erwärmt wird.
Mit zunehmender Strahlungstemperatur verschiebt sich
das Strahlungsmaximum zu kürzeren Wellenlängen.
Die in ein Halbzeug einzubringende Energie ist ebenfalls
von der Strahlertemperatur abhängig, die die
Taktzeiten erheblich verkürzen kann.
Neuere Strahler mit dem Strahlungsmaximum bei 1 µm
(Halogenstrahler) sollen eine noch schnellere Aufheizphase
gewährleisten [4]. Es gibt hier jedoch physikalische
Grenzen der Wärmeübertragung in Form der
Absorbtionscharakteristik des Kunststoffs. Hellstrahler
sind daher nicht in jedem Fall einsatzfähig, da sie die
Oberfläche bereits zu stark erwärmen, und das Platteninnere
der Temperatur nicht folgen kann. Als Folge
einer zu starken Erwärmung kann die Halbzeugoberfläche
nachhaltig geschädigt werden. Die Schädigung
beeinflusst die Lebensdauer und die Farbkonstanz in
negativer Weise insbesondere bei Bewitterung.
01/2005 PI Vakuumformen 14

4.5 Orientierung –
Einfluss der Extrusionsrichtung
Der Schrumpftest ist geeignet, die Orientierung bzw.
die Verstreckung der Makromoleküle in einem Halbzeug
zu bestimmen. Hohe Orientierungen, wie sie in der
Regel in Extrusionsrichtung vorliegen, beeinflussen
die Faltenbildung ganz erheblich. In Extrusionsrichtung
der Platten ist die Schwindung im allgemeinen
wesentlich höher als in Querrichtung. Bei Mehrfachwerkzeugen
mit Segmenten im gleichen Abstand oder
bei Formen, die Segmente enthalten, die länger als
breit sind und sich mehrfach wiederholen (Bild 9),
sollte die Extrusionsrichtung parallel zu der Länge der
Segmente angeordnet sein, um eine Faltenbildung zu
vermeiden. Dies wird um so wichtiger, wenn die
Richtung quer zur Extrusion einen negativen Schrumpf
besitzt.
Als Faustregel kann dienen: Längsrichtung der Platte =
Längsorientierung des Tiefziehteiles. Für spezielle
Tiefziehanwendungen empfehlen wir den Einsatz von
PVC-T oder PVC-TF.
Bild 9:
Bei Formteilen mit ausgeprägter Orientierung sollte die
Extrusionsrichtung des Halbzeugs in Richtung der Längsorientierung
der Einzelsegmente ausgerichtet sein.
01/2005 PI Vakuumformen 15

4.6 Berechnung der Wanddicke
von Tiefziehteilen
Das Tiefziehverhältnis wird aufgefasst als Quotient
aus Oberfläche der Grundplatte (O,) zu Oberfläche des
verstreckten Teiles (02 ).
Unter der Voraussetzung möglichst gleichmäßiger
Wanddickenverteilung werden nachfolgend zwei
Rechenbeispiele gegeben:
Rundbehälter
Vorgegeben:
Tiefziehrahmen mit Maske D1 = 48cm
Zylinder D2 = 40 cm, h = 33 cm
Gewünschte Wanddicke s1 = 3mm
Gesucht:
Ausgangswanddicke s2 = x mm
Lösung:
O1 (Oberfläche der Grundplatte) = r2 · π = 24 · 24 · π = 1.809 cm2 Mantel M = D 2 · π . h 40 · π · 33 = 4.147 cm 2
O 2 (Oberfläche des verstreckten Teils) = O 1 + Mantel = 5.956 cm 2
Verstreckungsverhältnis s 1 : s 2 ≈ O 1 : O 2 ≈ 1 : 3,3
Fazit:
Um 3 mm Wanddicke am Formteil zu erhalten, müssen mindestens 10 mm dicke Platten eingesetzt werden.
01/2005 PI Vakuumformen 16

Viereckbehälter
Vorgegeben:
Tiefziehrahmen mit Maske = 1,1 · 1,1 m2 Viereckbehälter = 1,0 · 1,0 · 0,5 m3 Ausgangswanddicke s2 = 5mm
Gesucht:
Wanddicke des fertigen Teils s1 = xmm
Lösung:
Oberfläche der Grundplatte 01 = 1,1 · 1,1 m2 = 1,21 m2 Mantelfläche M = 4 · 1,0 · 0,5 m2 = 2,00 m2 Oberfläche des verstreckten Teils O2 = O1 + M = 3,21 m2 Verstreckungsverhältnis s 1 : s 2 ≈ O 1 : O 2 ≈ 1 : 2,5
Fazit:
Die Wanddicke am Tiefziehteil wird nicht mehr als ca. max. 2 mm betragen (besser mit 1,5 mm rechnen).
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5 Warmformen
Im Gegensatz zum Thermoformen, bei dem der Werkstoff
eingespannt und ein- oder doppelseitig bei hoher
Strahlertemperatur erwärmt wird, findet die Erwärmung
für das Warmformen wesentlich schonender im
Umluftofen statt.
Auch beim Warmformen wird das thermoplastische
Halbzeug bis in den gummielastischen Bereich erwärmt,
um die Umformkräfte und die Restspannungen
im Bauteil nach der Abkühlung gering zu halten
(Kapitel 2).
Zur Formgebung wird das zugeschnittene und erwärmte
Halbzeug um die Form gelegt und durch Unterdruck
oder mechanisch auf oder in der Form gehalten bis es
so weit abgekühlt ist, dass es eine ausreichende Steifigkeit
besitzt.
Um die Maßhaltigkeit der Formteile zu gewährleisten,
sollten Voruntersuchungen direkt mit dem Serienwerkzeug
oder mit einem in der Form vergleichbaren
Werkzeug durchgeführt werden. Weiterhin sollte die
Umformtemperatur experimentell bestimmt werden,
da die Charakteristik der mechanischen Eigenschaften
mit der Temperatur sehr unterschiedlich ausfallen kann.
Deutlich wird dies am Beispiel von PVC-U (Bild 10). Die
Reißdehnung besitzt bei 135°C ein Minimum, so dass
die Verformung außerhalb dieses Bereichs günstiger
ist.
Die SIMONA AG bietet speziell für das Warmformen
Halbzeuge wie PE-HWV an, die durch die besonderen
Produktionsbedingungen Schrumpfwerte aufweisen, die
der Warmfomung entgegenkommen.
Das benötigte Plattenformat sollte unter Berücksichtigung
der Schrumpfwerte zugeschnitten werden. Eine
zusätzliche geringe Längenzugabe ist empfehlenswert,
da in jedem Falle nachgearbeitet werden muss.
Die Tafelabschnitte werden am besten in einem gut
regelbaren Umluftofen erwärmt. Die Thermoplasttafeln
sollten waagerecht auf Etagenböden eingelegt werden,
um die allseitige Erwärmung zu gewährleisten.
Als Anhaltswerte für die Temperatur der zu formenden
Tafeln gelten:
PE-HD 125–150°C
PP-H 160–170°C
PVC-U 110–140°C
PETG 140–170°C
PVDF 175–200°C
E-CTFE 160–170°C
Höhere Temperaturen, um die Taktrate zu erhöhen,
sind bei Beobachtung der Oberfläche und Messung
der Oberflächentemperatur möglich.
Die Erwärmungsdauer hängt von der Temperatur im
Umluftofen, dem Bewegungsgrad der umgebenden
Warmluft, der Wanddicke der anzuwärmenden Platte
und nicht zuletzt von der Kunststoffsorte ab. Als
Richtwert für den Werkstattgebrauch haben sich
bewährt:
Polyolefine und PVDF Erwärmungszeit in Minuten:
6 mal Tafeldicke (mm)
PVC Erwärmungszeit in Minuten:
3 mal Tafeldicke (mm)
PETG Erwärmungszeit in Minuten:
3 mal Tafeldicke (mm)
Es ist zu beachten, dass zum Warmformen die Tafeln
an allen Stellen gleichmäßig durchgewärmt sind (Sichtprobe).
Hierdurch wird die Gefahr des Rückstellens
nach dem Formen beim Abkühlen vermindert.
Die Auswahl des Formwerkstoffes richtet sich nach der
gewünschten Lebensdauer und den Beanspruchungen,
01/2005 PI Vakuumformen 18

also der Anzahl der vorgesehenen Formungen sowie
der Oberflächenqualität des fertigen Teiles. Das Formwerkzeug
kann aus Gips, Gießharz, Holz, Kunststoff
oder aus Metall hergestellt werden. Bei einer Gipsform
sollte jedoch auf eine möglichst geringe Restfeuchte
geachtet werden, da ansonsten ein Abschrecken auf
dem Werkzeug erfolgt.
Im allgemeinen arbeitet man mit zwei Werkzeughälften
(Matrize und Patrize). Gelegentlich wird eine Werkzeughälfte
durch ein Tuch ersetzt, der erwärmte Zuschnitt
damit über einen Kern gewickelt und bis zum Erkalten
festgehalten.
01/2005 PI Vakuumformen 19

6 Biegen
Die linienförmige Biegezone einer Tafel kann auf
verschiedene Arten ein- oder doppel-seitig erwärmt
werden:
1. berührungslos
mit Strahlern (Infrarot oder Quarzstrahler)
mit Glühdrähten oder Heizstäben
mit einem Warmluftgebläse
2. durch direkten Kontakt
von flächigen Heizelementen
Nach einer ausreichenden Erwärmung wird die Kunststoffplatte
im vorgesehenen Winkel gebogen und arretiert,
bis das Material wieder fest geworden ist. Anblasen
mit Druckluft beschleunigt die Abkühlung.
Der Mindestbiegeradius kann mit der doppelten Wanddicke
der Platte angenommen werden.
01/2005 PI Vakuumformen 20

7 Beratung
Unsere Mitarbeiter der Anwendungstechnik besitzen
eine langjährige Erfahrung im Einsatz und in der Verarbeitung
unser thermoplastischen Halbzeuge.
Wir beraten Sie gerne.
e-mail: ata@simona.de
01/2005 PI Vakuumformen 21

8 Literatur
[1] James L. Throne, Joachim Beine: Thermoformen,
Hanser Verlag München Wien 1999
[2] Adolf Illig: Thermoformen in der Praxis, Hanser
Verlag München Wien 1997
[3] Georg Menges: Werkstoffkunde Kunststoffe,
Hanser Verlag München Wien 1990
[4] W. Daum: Halogenstrahler verbessern das
Warmformen. Kunststoffe 84 (1994), Bd. 10,
S. 1433 – 1436
01/2005 PI Vakuumformen 22

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